JP2009085444A - 熱源側ユニット、空気調和装置、および、空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱源側ユニットの周囲に広い空間が確保しにくい条件下でも効率よく熱交換を行えるようにし、さらに、熱源側ユニットが周囲の環境に与える影響を抑える。
【解決手段】圧縮機４１をガスエンジン４２により駆動する空気調和装置の室外機４は、室外機４の外部から供給される熱源水と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器５２を備え、ガスエンジン４２および圧縮機４１を収容する機械室３２の横並びに、室外熱交換器５２を収容した熱交換器室３３が設けられたユニット本体３０を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和装置の熱源側ユニット、空気調和装置、および、この空気調和装置を含む空気調和システムに関する。

ヒートポンプ式の空気調和装置は、水や空気など様々な熱源を利用して被調和室の冷房や暖房を行う。例えば、空気を熱源として利用する空気熱交換器を備え、冷房運転時には空気熱交換器に散水することで冷媒凝縮温度を低下させる空気調和機の室外ユニット（熱源側ユニット）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０１５７３号公報

通常、従来の空気調和機における熱源側ユニットは、被調和室に近い屋外に設置される。このため、例えば図１０に示すように、建物２００のベランダ（バルコニー）等に多数の室外機２１０が設置されることがある。建物２００が密集している地域では、隣接する建物２００との間隔が狭いため、各々の室外機２１０の周囲に広い空間が確保できないことがある。このような場合、室外機２１０の排気Ｗが、室外機２１０の周囲の狭い空間を循環して再び室外機２１０に吸い込まれる現象（いわゆる排気ショート）が起き、室外機２１０における熱交換の効率が低下するという問題があった。また、建物２００が密集した地域においては、多数の室外機２１０から排出される排気Ｗが周囲の環境に影響を与えることがあり、例えば、夏季には高温の排気Ｗが多量に吹き出されることで建物２００の周囲における気温を上昇させることが懸念されていた。
そこで本発明は、空気調和機を建物に設置した場合に、熱源側ユニットの周囲に広い空間が確保しにくい条件下でも効率よく熱交換を行えるようにし、さらに、熱源側ユニットが周囲の環境に与える影響を抑えることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する空気調和装置の熱源側ユニットであって、外部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器を備え、前記エンジンおよび前記圧縮機を収容する機械室の横並びに、前記熱源側熱交換器を収容した熱交換器室が設けられた本体を有すること、を特徴とする。
この構成によれば、空気調和装置の熱源側ユニットが備える熱源側熱交換器により、外部から供給される熱源水と冷媒とが熱交換されるので、外気と冷媒とを熱交換させる構成のような排気ショートの懸念がない。このため、例えば密集した建物など、熱源側ユニットの周囲に広い空間を確保できない場所であっても、何ら問題なく集合させて設置することが可能である。また、外気と冷媒とを熱交換させる構成のようなファンを備える必要がなく、小型化および低騒音化を容易に実現できる。加えて、適切な温度の熱源水を供給することにより高い空調能力を発揮することが可能となる。さらに、熱源側ユニットの周囲の空気に冷媒の熱または冷熱を与えないので、周囲の環境に対する影響を最小限に抑えることができる。
そして、上記の構成に対応して、熱源側ユニットの本体には、エンジンおよび圧縮機を収容する機械室の横並びに、熱源側熱交換器を収容した熱交換器室が設けられているので、外気と冷媒とを熱交換させる構成に比べて高さを大幅に抑えることができ、輸送および設置作業の負担が大幅に軽減され、設置場所の自由度が高まるという利点がある。

上記構成において、複数の前記熱源側熱交換器を備え、前記熱源水は分岐して各々の前記熱源側熱交換器に並列に供給される一方、前記冷媒は、一方の前記熱源側熱交換器を経由した後で他方の前記熱源側熱交換器に流入するものとしてもよい。
この構成によれば、複数の熱源側熱交換器を備えた構成において冷媒は一方の熱源側熱交換器を経由した後で他方の熱源側熱交換器に流入し、熱源水は各々の熱源側熱交換器に並列に供給される。すなわち、冷媒は複数の熱源側熱交換器を直列に流れ、熱源水は並列に流れる。このため、冷媒と熱源水とを熱交換させるための冷媒の流路長を確保できるため、冷媒を確実に熱交換させることができる。また、どの熱源側熱交換器にも、冷媒と熱交換する前の、十分な熱または冷熱を有する熱源水を供給するので、冷媒に対して十分な熱または冷熱を与えることが可能となり、大きな空調能力を発揮できる。

また、上記構成において、前記熱交換器室の内部に、前記エンジンの冷却水と前記熱源水とを熱交換させるエンジン排熱用熱交換器を備え、前記熱源側熱交換器および前記エンジン排熱用熱交換器に前記熱源水を各々流入させる供給口が、いずれも同じ側に設けられたものとしてもよい。
この構成によれば、エンジン排熱用熱交換器においてエンジンの冷却水と熱源水とが熱交換されるので、エンジンの冷却を目的としたファンが不要である。このため、小型化および低騒音化を容易に実現でき、確実にエンジンの冷却を行える。そして、このエンジン排熱用熱交換器と、熱源側熱交換器との各々に熱源水を流入させる供給口が同じ側に設けられているので、熱源水を用いる全ての熱交換器に対し、同じ側から作業を行える。このため、製造工程でエンジン排熱用熱交換器および熱源側熱交換器に熱源水を供給する管を接続する作業や、設置時および設置後のメンテナンス作業の負担を軽減し、作業効率を高めることができる。

上記構成において、利用側ユニットとの間で冷媒を循環させるための冷媒配管と、前記エンジンが消費する燃料が供給される燃料供給口と、前記熱源水が供給される熱源水供給口と、前記熱源水を排出する熱源水排出口とのいずれもが、前記本体の同一の面に露出するものとしてもよい。
この構成によれば、熱源側ユニット本体の同一の面に、利用側ユニットへ延びる冷媒配管、エンジンの燃料供給口、熱源水供給口、熱源水排出口が露出している。すなわち、外部の他装置を接続すべき管が本体の同一の面に露出しているので、これらの管への接続作業が同じ側から行える。このため、熱源側ユニットの設置時に全ての配管への接続作業を同じ場所で行えるので、作業スペースを最小にすることができ、狭いスペースであっても作業スペースを確保しながら容易に設置できる。

また、上記構成において、前記機械室の中央にエンジンを配置するとともに、前記エンジンの前記熱交換器室側に前記冷媒が流れる冷媒回路部を配置し、その反対側に前記エンジンの排気ガスを処理する排気ガス処理部を配置したものとしてもよい。
この構成によれば、機械室の中央にエンジンが配置されているので、熱源側ユニット本体における重量バランスが良好に保たれ、輸送時および設置時の安定性が高まる。また、熱交換器室側に冷媒配管を配置し、その反対側に排気ガス処理部を配置したので、圧縮機等から熱交換器室の熱源側熱交換器まで効率よく冷媒配管を敷設できる。また、冷媒よりも相当高温になる排気ガス処理部を冷媒配管から遠ざけて配置することで、冷媒に余計な熱が与えられることがなく、特に冷房運転時における能力の低下を防止できる。

本発明の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する熱源側ユニットを備えた空気調和装置であって、前記熱源側ユニットは、外部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器を備え、前記エンジンおよび前記圧縮機を収容する機械室の横並びに、前記熱源側熱交換器を収容した熱交換器室が設けられた本体を有すること、を特徴とする。
この構成によれば、空気調和装置の熱源側ユニットが備える熱源側熱交換器により、外部から供給される熱源水と冷媒とが熱交換されるので、外気と冷媒とを熱交換させる空気調和装置のような排気ショートの懸念がなく、密集した建物等、広い空間を確保できない場所であっても熱源側ユニットを集合設置できる。また、外気と冷媒とを熱交換させる空気調和装置のようなファンが不要なため、熱源側ユニットの小型化および低騒音化を容易に実現できる。加えて、適切な温度の熱源水を供給することにより高い空調能力を発揮することが可能となる。さらに、熱源側ユニットの周囲の空気に冷媒の熱や冷熱を与えず、周囲環境への影響を最小限に抑えることができる。また、上記の構成に対応して、熱源側ユニットの本体には機械室の横並びに熱交換器室が設けられているので、外気と冷媒とを熱交換させる空気調和装置に比べて高さを大幅に抑えることができ、輸送および設置作業の負担が大幅に軽減され、設置場所の自由度が高まるという利点がある。

また、本発明の空気調和システムは、エンジンにより圧縮機を駆動して冷媒を圧縮する熱源側ユニットを備えた複数の空気調和装置と、前記複数の空気調和装置に熱源水を供給する熱源水供給部と、を備え、前記空気調和装置の熱源側ユニットは、前記熱源水供給部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器を備え、前記エンジンおよび前記圧縮機を収容する機械室の横並びに、前記熱源側熱交換器を収容した熱交換器室が設けられた本体を有すること、を特徴とする。
この構成によれば、空気調和装置の熱源側ユニットが備える熱源側熱交換器により、熱源水供給部が供給する熱源水と冷媒とが熱交換されるので、外気と冷媒とを熱交換させる空気調和装置のような排気ショートの懸念がなく、密集した建物等、広い空間を確保できない場所であっても熱源側ユニットを集合設置できる。また、外気と冷媒とを熱交換させる空気調和装置のようなファンが不要なため、熱源側ユニットの小型化および低騒音化を容易に実現できる。加えて、熱源水供給部から適切な温度の熱源水を供給することにより高い空調能力を発揮することが可能となる。さらに、熱源側ユニットの周囲の空気に冷媒の熱や冷熱を与えず、周囲環境への影響を最小限に抑えることができる。また、上記の構成に対応して、熱源側ユニットの本体には機械室の横並びに熱交換器室が設けられているので、外気と冷媒とを熱交換させる空気調和装置に比べて高さを大幅に抑えることができ、輸送および設置作業の負担が大幅に軽減され、設置場所の自由度が高まるという利点がある。

本発明によれば、広い空間を確保できない場所であっても熱源側ユニットを集合設置して、効率よく熱交換を行うことが可能で、熱源側ユニットの周囲の環境に対する影響を最小限に抑えることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した空気調和システム１の設置状態の例を示す図である。
空気調和システム１は、例えば図１に示すように、建物２００に設置された複数の空気調和装置を接続して構成される。空気調和システム１は、建物の屋上等に設置された１台または少数の冷却塔２を含む。熱源水供給部としての冷却塔２は、循環水供給管２０を介して、例えば建物のフロア毎に設置された複数の空気調和装置の室外機４に対し、熱源水としての循環水を供給する。循環水供給管２０を介して空気調和装置１０に供給される循環水は、各々の室外機４において熱源として用いられる。
この構成では、各室外機４が空気を熱源として用いる室外機のような送風ファンを備えておらず、熱交換された温風や冷風を吹き出さない。このため、図１に示すように建物が密接した場所に多数の室外機４を配設しても、温風や冷風を吹き出すことによる周囲の気温への影響や、排気に伴う騒音に関する問題が生じない。また、室外機４の設置場所において排気のショートカット等の問題がなく、室外機４における熱交換に影響を及ぼさないので、狭いベランダ（バルコニー）等にも問題なく室外機４を設置できる。

図２は、空気調和システム１の構成を示す図である。
この図２に示すように、空気調和システム１は、冷却塔２が循環水を供給する循環水供給管２０に、複数台（図２の例では４台）の空気調和装置１０を接続した構成となっている。各々の空気調和装置１０は、被調和室の空気調和を行う利用側ユニットとしての室内機７と、ベランダ等に設置される熱源側ユニットとしての室外機４とを備えている。室外機４と室内機７との間には、冷媒を循環させるための冷媒配管１１、１２、および、各種制御情報等を送受信するための通信線１３が配設されている。

室外機４は、後述するようにガスエンジン４２（図３）を用いて圧縮機４１（図３）を駆動するエンジン駆動型の室外機である。このため、室外機４には、建物のガス配管設備（図示略）からガスエンジン４２に燃料のガスを供給するガス供給管１４が接続されている。また、室外機４は、電力供給ライン１５を介して、室外機４が備える弁等を駆動するための電力の供給を受ける構成となっている。さらに、室外機４には、室内機７や室外機４が備える熱交換器で生じたドレン水を排水するためのドレン水排出管１６が接続されている。

冷却塔２から延びる循環水供給管２０は、冷却塔２から空気調和装置１０へ循環水を送るための循環水送り管２０Ａと、空気調和装置１０から冷却塔２へ循環水を戻す循環水戻り管２０Ｂとにより構成される。各々の空気調和装置１０は、循環水送り管２０Ａおよび循環水戻り管２０Ｂに並列に接続されており、循環水送り管２０Ａから各空気調和装置１０に延びる管には、それぞれ開閉弁２３が配設され、各空気調和装置１０から循環水戻り管２０Ｂにつながる管にはそれぞれ開閉弁２４が配設されている。これら開閉弁２３、２４は、例えば空気調和装置１０のメンテナンス時に循環水の流出を防ぐために閉鎖される等の場合を除き、通常は開かれている。

冷却塔２は、循環水供給管２０に連通するコイル（図示略）に水を散布することによって、コイル内を流れる循環水を冷却する冷却塔である。ここで、冷却塔２は密閉式の冷却塔であり、循環水供給管２０および循環水供給管２０に連通するコイルは密閉された管路を構成し、コイルに散布される水は循環水とは別の散布水である。このため、循環水供給管２０を介して空気調和装置１０に供給される循環水には異物等が混入しない。また、冷却塔２には、寒冷時に循環水供給管２０を循環する循環水を加熱・加温するための凍結防止ヒータ２７が配設されている。
そして、冷却塔２から各々の空気調和装置１０へ循環水を送る循環水送り管２０Ａには、冷却塔２において冷却された循環水を送出するポンプ２１と、冷却塔２から送出される循環水の流動状態を検出するフローセンサ２２とが配設されている。さらに、循環水送り管２０Ａには余分の循環水を貯留する循環水タンク２６が配設されており、この循環水タンク２６によって循環水供給管２０内の循環水の量が適切な量に保たれる。

冷却塔２および各々の空気調和装置１０は、制御装置用通信線８１を介して制御装置８に接続されている。制御装置８は、空気調和システム１において循環水に係る全体的な動作を制御する装置であり、ポンプ２１に信号線８３を介して接続され、フローセンサ２２には信号線８４を介して接続される。また、循環水送り管２０Ａには循環水の温度を検出する循環水温センサ２５が配設され、この循環水温センサ２５が検出した温度を示す信号が、信号線８５を介して制御装置８に出力される。

制御装置８は、各々の空気調和装置１０および冷却塔２との間で各種信号を送受信し、例えば、いずれかの空気調和装置１０から後述する冷却塔運転信号を受信した場合に、この信号に応答して冷却塔２およびポンプ２１を動作させる。ここで、既に冷却塔２およびポンプ２１が稼働中である場合は、そのまま稼働させる。そして制御装置８は、循環水が供給されていることを示すポンプインターロック信号を空気調和装置１０へ送信する。ポンプインターロック信号は、冷却塔２およびポンプ２１が稼働中で、かつ、フローセンサ２２により循環水の流れが検出された場合に、制御装置８が生成して出力する。

また、制御装置８は、循環水温センサ２５が検出した温度が予め設定された温度より低い場合には、ポンプ２１を動作させ、冷却塔２における散布水の散布を停止させ、冷却塔２内の凍結防止ヒータ２７を動作させて、循環水の凍結を防止する。

図３は、空気調和装置１０の構成を示す図である。この図３には、参考のため、冷却塔２を図示する。また、図３の冷媒流通経路における実線は暖房時の冷媒の流れを示し、破線は冷房時の冷媒の流れを示す。
室外機４は、冷媒を圧縮する圧縮機４１と、圧縮機４１を駆動するガスエンジン４２とを備え、ガスエンジン４２と圧縮機４１とはクラッチ４３を介して連結されている。クラッチ４３は、例えばマグネットクラッチとして構成され、圧縮機４１とガスエンジン４２とを接離可能に連結する。
圧縮機４１の吸込管および吐出管は四方弁５０に連結され、四方弁５０には、冷媒配管１２を介して室内機７が備える室内熱交換器７１の一端が接続されている。また、室内熱交換器７１の他端は、冷媒配管１１を介して、レシーバタンク５３に接続され、レシーバタンク５３は、熱源側熱交換器としての室外熱交換器５１、５２の一端に接続され、室外熱交換器５１、５２の他端は四方弁５０に接続される。

室外熱交換器５１、５２の両端につながる冷媒管には、室外熱交換器５１、５２をバイパスするバイパス管６０が設けられている。バイパス管６０の一端は、レシーバタンク５３と室外熱交換器５１とをつなぐ冷媒管上の分岐部６０Ａに接続され、バイパス管６０の他端は、室外熱交換器５２と四方弁５０とをつなぐ冷媒管上の分岐部６０Ｂに接続される。バイパス管６０には弁６１が配設され、分岐部６０Ａと室外熱交換器５１との間には弁６２が配設されている。このため、弁６１と弁６２の開度を調整することで、バイパス管６０へ流れる冷媒の量と室外熱交換器５１、５２へ流れる冷媒の量とを調整できる。この冷媒の量の調整では、冷媒の流量の比が０：１００〜１００：０の範囲、すなわち、冷媒の全量をバイパス管６０に流す状態と、全量を室外熱交換器５１、５２に流す状態との間で、任意に調整できる。

室外熱交換器５１、５２は直列に接続された２個の熱交換器であり、レシーバタンク５３から室外熱交換器５１に流入した冷媒は室外熱交換器５２を通って四方弁５０に流れ、室外熱交換器５２に流入した冷媒は室外熱交換器５１を通ってレシーバタンク５３に流れる。室外熱交換器５１、５２は循環水供給管６３に並列に接続されており、循環水供給管６３から供給される循環水と、冷媒との熱交換を行わせる水熱交換器である。

詳細には、冷却塔２から延びる循環水送り管２０Ａに接続された循環水供給管６３は、室外熱交換器５１に循環水を流す循環水回路と、室外熱交換器５２に循環水を流す循環水回路とに分岐され、これら２個の室外熱交換器５１、５２には同水温の循環水が供給される。これに対し、冷媒回路において室外熱交換器５１、５２は直列に接続されており、冷媒は室外熱交換器５１、５２を順に流れる。このため、冷媒は室外熱交換器５１、５２の各々において十分な熱または冷熱を有する循環水と熱交換される。室外熱交換器５１、５２を通った循環水は合流して循環水供給管６４を流れ、循環水戻り管２０Ｂから冷却塔２に戻される。
循環水供給管６３、６４の各々には、循環水の温度を検出する水温センサ６８、６９が配設されており、循環水送り管２０Ａから供給される循環水の温度と、循環水戻り管２０Ｂに戻される循環水の温度とを検出可能である。

レシーバタンク５３と分岐部６０Ａとの間には、冷媒を減圧する膨張弁５６が配設され、四方弁５０と室外熱交換器５１の吸込管との間には、ガス冷媒と液冷媒とを分離して液バックを防止するアキュムレータ５４が接続されている。
そして、空気調和装置１０の冷房運転時には、図３中に破線で示すように、圧縮機４１から吐出された冷媒は四方弁５０を介して室外熱交換器５２に流れ、室外熱交換器５１、５２が凝縮器として機能することで、液冷媒となって膨張弁５６を通り、冷媒配管１１を介して室内熱交換器７１に流れる。ここで、室内熱交換器７１は蒸発器として機能し、室内熱交換器７１において気化した冷媒は冷媒配管１２を通って室外機４に戻り、四方弁５０からアキュムレータ５４を経て圧縮機４１に吸い込まれる。

一方、空気調和装置１０の暖房運転時には、図３中に実線で示すように、圧縮機４１から吐出された冷媒は四方弁５０を介して冷媒配管１２から室内熱交換器７１へ流れて、室内熱交換器７１で凝縮され、冷媒配管１１を通って室外機４に戻る。室外機４に戻った冷媒は膨張弁５６により減圧されて、室外熱交換器５１、５２に流れ、室外熱交換器５１、５２が蒸発器として機能することでガス冷媒となって、四方弁５０からアキュムレータ５４を経て圧縮機４１に吸い込まれる。
圧縮機４１の吐出管と吸込管には、それぞれ圧力センサ４１Ａ、４１Ｂが配設されている。圧力センサ４１Ａは空気調和装置１０の冷媒回路における高圧側の冷媒圧力を検出し、圧力センサ４１Ｂは低圧側の冷媒圧力を検出する。これら圧力センサ４１Ａ、４１Ｂが検出した圧力の検出値は、後述する電装ユニット４０のマイコン４０Ａにより取得される。

また、室外機４は、ガスエンジン４２をエンジン冷却水により冷却するエンジン冷却水回路４４を備えている。エンジン冷却水回路４４には、エンジン冷却水をガスエンジン４２に送出する冷却水ポンプ４５と、循環水供給管６４を流れる循環水とエンジン冷却水とを熱交換させるラジエータ４８と、エンジン冷却水と冷媒とを熱交換させる補助熱交換器４９と、エンジン冷却水をラジエータ４８、補助熱交換器４９に分配する比例三方弁４６、４７とを備えている。
また、エンジン冷却水回路４４には、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ（図示略）が設けられている。

ラジエータ４８は、循環水供給管６４を流れる循環水によりエンジン冷却水を放熱させる熱交換器である。ラジエータ４８は室外熱交換器５１、５２の下流側に位置し、室外熱交換器５１、５２で熱交換された後の循環水が供給される。これは、例えば冷房運転時には室外熱交換器５１、５２に低温の循環水を流す方が高い冷房能力を発揮できる点、ガスエンジン４２を経たエンジン冷却水は室外熱交換器５１、５２を通った後の循環水に比べて十分に高温であるため、室外熱交換器５１、５２で温度が上昇した循環水を用いてもラジエータ４８でエンジン冷却水を確実に放熱させることができる点等の観点から、合理的かつ有用な構成である。
なお、図３には、循環水供給管６４から分岐した管により、循環水の一部がラジエータ４８に流れる構成を示しているが、循環水の全部がラジエータ４８を流れる構成としてもよく、ラジエータ４８を流れる循環水の量はラジエータ４８のサイズや要求される放熱能力等に応じて適宜決定すればよい。

補助熱交換器４９は、冷媒回路において圧縮機４１の吸込管に戻る冷媒に、エンジン冷却水の熱を与える熱交換器である。補助熱交換器４９は、室外熱交換器５１、５２と同様に冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器であり、例えばプレート式熱交換器として構成される。

エンジン冷却水回路４４には、ガスエンジン４２から出たエンジン冷却水を、補助熱交換器４９を通るよう循環させる管路と、ラジエータ４８を通るように循環させる管路と、冷却水ポンプ４５に戻す管路とが設けられており、これらの管路へのエンジン冷却水の循環量を制御すべく、２つの比例三方弁４６、４７が配設されている。比例三方弁４６、４７は、一方から流入するエンジン冷却水を他の２方向に分配する弁であり、その分配比は０：１００〜１００：０の範囲で変更可能である。

比例三方弁４７は、ガスエンジン４２を出たエンジン冷却水を、冷却水ポンプ４５に戻す管路と、ラジエータ４８または補助熱交換器４９へ流す管路とに分配する。例えば、ガスエンジン４２の始動直後は、通常、エンジン冷却水が非常に低温である。エンジン冷却水の温度が低いとガスエンジン４２のエンジンオイルの粘度が高くなってしまうため、エンジン冷却水が低温の場合は、速やかにエンジン冷却水の温度をガスエンジン４２の排熱によって上昇させる必要がある。このような場合、比例三方弁４７によって、ガスエンジン４２から出たエンジン冷却水の全量または大部分が冷却水ポンプ４５に戻る管路に分配される。これにより、エンジン冷却水はガスエンジン４２と冷却水ポンプ４５との間のみを循環するので、エンジン冷却水はガスエンジン４２の排熱ですぐに温められる。そして、エンジン冷却水の温度が所定の温度以上になると、比例三方弁４７により、エンジン冷却水がラジエータ４８および補助熱交換器４９へ流れる管路にも分配される。

比例三方弁４６は、比例三方弁４７により分配されたエンジン冷却水を、ラジエータ４８に向かう管路と補助熱交換器４９に向かう管路とに分配する。例えば空気調和装置１０が冷房運転中である場合、補助熱交換器４９において冷媒に熱を与える必要はないので、比例三方弁４６は、比例三方弁４７から送出されたエンジン冷却水の全部をラジエータ４８に分配する。また、比例三方弁４６は、空気調和装置１０の暖房運転時に冷媒に熱を与えるため、暖房負荷や冷媒の高圧側と低圧側との圧力差、循環水供給管６３を流れる循環水の温度等に基づいて、必要量のエンジン冷却水を補助熱交換器４９に分配する。

また、図３に示すように、エンジン冷却水回路４４は、ラジエータ４８と補助熱交換器４９とがともに比例三方弁４６に接続され、並列にエンジン冷却水が流される構成となっている。ラジエータ４８と補助熱交換器４９は、いずれもエンジン冷却水の熱を放熱させる作用があるので、図３のように並列にエンジン冷却水を流す構成として、どちらにも高温のエンジン冷却水を流すことが合理的かつ有用である。

室外機４には、空気調和装置１０の各部に電力を供給する電源回路や、空気調和装置１０の各部を制御するマイコン４０Ａを備えた制御回路等を内蔵した、電装ユニット４０が設けられている。マイコン４０Ａは、空気調和装置１０の各部を制御するとともに、制御装置用通信線８１を介して制御装置８（図２）との間で各種信号を送受信する制御部として機能する。

マイコン４０Ａは、水温センサ６８、６９により検出される循環水の温度や、冷却水温度センサ（図示略）により検出されるエンジン冷却水の温度、圧力センサ４１Ａ、４１Ｂによって検出される高圧側の冷媒圧力と低圧側の冷媒圧力、室内機７における被調和室内の気温、室内熱交換器７１の温度等の値を取得する。そして、マイコン４０Ａは、取得した値に基づいて、室外機４が備えるガスエンジン４２の始動／停止による圧縮機４１の運転制御、クラッチ４３の切断／連結制御、四方弁５０の切換制御、膨張弁５６、弁６１、６２の開閉および開度制御、冷却水ポンプ４５の運転／停止制御、比例三方弁４６、４７による分配制御等を実行する。

また、マイコン４０Ａは、室内機７が備えるリモコン装置７０により冷房運転または暖房運転の開始や停止が指示されると、リモコン装置７０の操作により設定された目標温度等の設定値と、上述した各種センサ等から取得した値に基づいて、空気調和装置１０の運転状態を制御する。
そして、マイコン４０Ａは、圧縮機４１を駆動させる場合（サーモオン）、制御装置用通信線８１を介して冷却塔運転信号を制御装置８へ送信し、この冷却塔運転信号に応答して制御装置８から送信されたポンプインターロック信号を受信すると、ガスエンジン４２を始動させるとともにクラッチ４３を連結して、圧縮機４１を動作させる。

図４は、室外機４の構成を詳細に示す正面図である。また、図５は室外機４の背面図であり、図６は右側面図、図７は左側面図、図８は左前方からみた斜視図、図９は左後方からみた斜視図である。なお、理解の便宜を図るため、これらの各図においては適宜、外装パネル等を除いた状態を示す。
これらの各図に示すように、室外機４は、箱形のユニット本体３０に各部を収容して構成される。ユニット本体３０は、ユニット本体３０の底部フレーム、上部フレーム、およびこれらを繋ぐ支柱からなる本体枠３０Ａに、前面パネル３５、電装部パネル３６、背面パネル３８、上面パネル３９等の外装パネルを取り付けた構成となっており、通常動作状態においては、ユニット本体３０の底面を除く全ての面（右側面、左側面を含む）が外装パネルにより覆われる。本体枠３０Ａには、室外機４の輸送時に室外機４を吊り下げるためのフック等が設けられている。

このユニット本体３０は、仕切枠３０Ｂによって図４中で左右に仕切られており、右側が機械室３２、左側が熱交換器室３３となっている。
機械室３２には、圧縮機４１、ガスエンジン４２、クラッチ４３、ガスエンジン４２の冷却水に関係する各部（比例三方弁４６、４７、エンジン冷却水供給部１５１、冷却水ポンプ４５、エンジン冷却水タンク１５３、オイルタンク１５４、およびオイル循環ポンプ１５５）、ガスエンジン４２の排気ガスを処理する排気ガス処理部（中和装置１６１、排気マフラー１６２、排気ガス熱交換器１６４等）、ガスエンジン４２の吸気および燃料に関係する各部（吸気ボックス１７１、エアークリーナー１７２、ガスボックス１７３、ガス供給口１７４）、冷媒回路の一部を構成する冷媒回路部（レシーバタンク５３、アキュムレータ５４、四方弁５０等）等が収容されている。また、図４〜図９には示していないが、補助熱交換器４９を機械室３２に配置する構成としてもよい。

熱交換器室３３には、室外熱交換器５１、室外熱交換器５２、およびラジエータ４８の各熱交換器と、これらの熱交換器に循環水を供給するための循環水供給管６３、６４および循環水管１０３、１０５、循環水戻り管１０４、１０６、室外熱交換器５１、５２に接続される冷媒管１１２、１１３、１１４、冷媒配管の一部（バイパス管６０、弁６１、６２）等が収容されている。
機械室３２および熱交換器室３３に設置される各部は、本体枠３０Ａ、仕切枠３０Ｂ、或いは、本体枠３０Ａに取り付けられた底板、ブラケット、或いは台座等に固定される。

ユニット本体３０の上部は配管室３４となっており、機械室３２と熱交換器室３３との間に跨って配設される各種配管を通すためのスペースとなっており、また、エンジン冷却水タンク１５３等が収容される。

機械室３２の略中央にはガスエンジン４２が設置され、ガスエンジン４２に隣接して圧縮機４１が設置されている。圧縮機４１の駆動軸にはクラッチ４３が取り付けられ、クラッチ４３は、ガスエンジン４２のクランクプーリにＶベルトを介して連結されている。圧縮機４１には、四方弁５０、レシーバタンク５３およびアキュムレータ５４等につながる冷媒配管が連結されている。これらの冷媒配管および四方弁５０、レシーバタンク５３、アキュムレータ５４は、いずれも、ガスエンジン４２の熱交換器室３３側に配設されている。このため、機械室３２内の冷媒配管と熱交換器室３３内の冷媒配管や室外熱交換器５１、５２等とを接続する管路が短くて済むという利点がある。

また、ガスエンジン４２に対して、熱交換器室３３の反対側には、ガスエンジン４２の排気ガスの温度を低下させる排気ガス熱交換器１６４が配設され、この排気ガス熱交換器１６４を経た排気ガスは、機械室３２の端部に配設された中和装置１６１および排気マフラー１６２により中和・浄化され、ユニット本体３０の上部に突出する排気トップ１６３から排気される。これら中和装置１６１、排気マフラー１６２、排気トップ１６３および排気ガス熱交換器１６４は、いずれも、熱交換器室３３とは反対側に集積して配設されており、高温の排気ガスの熱が冷媒の温度に影響を与えない構成とされている。

さらに、ユニット本体３０の上部には、排気トップ１６３に隣接して、ガスエンジン４２の冷却水の補充等を行うためのエンジン冷却水供給部１５１が配設され、エンジン冷却水供給部１５１の直下には、ユニット本体３０内部のエンジン冷却水タンク１５３が位置している。エンジン冷却水タンク１５３は、ガスエンジン４２の、熱交換器室３３とは反対側に設置されている。また、エンジン冷却水タンク１５３の下方には、上述した比例三方弁４６、４７が配置され、これら比例三方弁４６、４７と、冷却水ポンプ４５の下方に設置された冷却水ポンプ４５との間には冷却水配管が配されている。

また、比例三方弁４６、４７の下方において、ユニット本体３０の底にはオイルタンク１５４が配置され、オイルタンク１５４内のオイルをガスエンジン４２の内部に供給するオイル循環ポンプ１５５が、ガスエンジン４２の下方に取り付けられている。

機械室３２において、仕切枠３０Ｂの近傍には、外部から延びるガス供給管１４が接続される燃料供給口としてのガス供給口１７４、および、ガス供給口１７４から供給されるガスの流量調整等を行うためのガスボックス１７３が設置されている。
ガス供給口１７４は、図５に示すようにユニット本体３０の背面側に露出しており、同じくユニット本体３０の背面には、低圧側の冷媒配管につながる冷媒ガス閉鎖弁１８２、および、高圧側の冷媒配管につながる冷媒液閉鎖弁１８１が配設されている。
また、仕切枠３０Ｂの近傍には、ガスエンジン４２に供給される燃焼用の空気を浄化して取り込むエアークリーナー１７２と、エアークリーナー１７２により取り込まれた空気の流量調整等を行うための吸気ボックス１７１とが設置されている。

そして、図９に示すように、冷媒液閉鎖弁１８１には冷媒配管１２が接続されて背面パネル３８の外に突出し、冷媒ガス閉鎖弁１８２には冷媒配管１１が接続されて背面パネル３８の外に突出する。また、同じくユニット本体３０の背面には、室外機４に冷却塔２からの循環水を供給するための循環水入口１０１（熱源水供給口）と、室外機４から冷却塔２へ循環水を戻すための循環水出口１０２（熱源水排出口）とが露出する。
従って、ユニット本体３０の背面には、ガス供給口１７４、冷媒配管１１、１２、循環水入口１０１、および循環水出口１０２が露出するので、室外機４を建物２００に設置する際に、冷媒配管１１、１２、ガス供給管１４、循環水送り管２０Ａ、循環水戻り管２０Ｂを接続する全ての作業を、ユニット本体３０の背面側から行うことができる。このため、室外機４の設置作業が容易になる上、設置作業用のスペースをユニット本体３０の背面側にのみ確保すれば済むので、設置スペースが小さくてもよいという利点がある。

図８に示すように、ユニット本体３０の正面側には、機械室３２を覆うように前面パネル３５、３６が配設される。この図８中で左側に位置する電装部パネル３６の裏側には、電装ユニット４０が配設され、電装部パネル３６には、電装ユニット４０が備えるセグメント表示部を視認できるように表示窓３７が形成されている。表示窓３７はガラス板や合成樹脂板等の透明板が嵌め込まれ、防水性・防塵性を損なうことなくセグメント表示部の表示を視認できるようになっている。セグメント表示部には、室外機４の運転状態等を示す数値やコードが表示される。

図７、８および図９に示すように、熱交換器室３３には、循環水入口１０１につながる循環水供給管６３と、循環水出口１０２につながる循環水供給管６４とが配置されるほか、ラジエータ４８、室外熱交換器５１、５２が配置される。
また、熱交換器室３３には、機械室３２から延設された低圧側の冷媒管につながる弁６１、６２が配設されている。弁６１にはバイパス管６０が接続され、このバイパス管６０は機械室３２内に延びている。

室外熱交換器５１、５２は、それぞれ、冷媒が出入りする２つの接続口を備えたプレート型熱交換器であって、一方の接続口から流入した冷媒が熱交換されて、他方の接続口から流出する。室外熱交換器５１の一方の接続口には、弁６２から延びる冷媒管１１２が接続され、他方の接続口は、冷媒管１１３を介して、室外熱交換器５２の一方の接続口に接続される。室外熱交換器５２の他方の接続口には機械室３２に延びる冷媒管１１４が接続されている。上述したように、室外熱交換器５１、５２内の冷媒管路は直列に接続され、冷媒は室外熱交換器５１、５２の両方を通りながら循環水と熱交換される。
室外熱交換器５１、５２の各々には、循環水が流入する下部の開口部と、循環水を流出させる上部の開口部とが設けられている。室外熱交換器５１、５２の下部の開口部には、ヘッダ管として機能する循環水供給管６３から分岐した２本の循環水管１０３が、それぞれ接続され、室外熱交換器５１、５２の上部の開口部には、循環水供給管６４につながる２本の循環水戻り管１０４がそれぞれ接続され、室外熱交換器５１、５２に循環水が並列に供給される構成となっている。

室外熱交換器５１、５２から循環水供給管６４に戻された循環水は、循環水供給管６４から循環水管１０５を通って、ラジエータ４８の下部の開口部に流入し、ラジエータ４８の内部を通って、ラジエータ４８の上部の開口部から循環水戻り管１０６を通って再び循環水供給管６４に流れる。ラジエータ４８には、エンジン冷却水管１１１を介して、機械室３２から高温のエンジン冷却水が流入し、ラジエータ４８で熱交換された後、エンジン冷却水管１１１を介して機械室３２に戻る。

ここで、図７、８、９に示すように、熱交換器室３３においては、ラジエータ４８、室外熱交換器５１、５２のいずれも、循環水が出入りする開口部が同じ側、すなわちユニット本体３０の左側面を向く面に形成されている。このため、室外熱交換器５１、５２に循環水管１０３および循環水戻り管１０４を接続する作業と、ラジエータ４８に循環水管１０５および循環水戻り管１０６を接続する作業は、いずれもユニット本体３０の左側面から行うことができる。このため、室外機４の製造工程における作業性は非常に良好であり、効率よく作業を行える。この効果は、循環水供給管６３および循環水供給管６４が、ユニット本体３０の左側面に近い側に配設されていることで、より顕著な効果となる。
また、室外機４のメンテナンス作業において、室外熱交換器５１、５２およびラジエータ４８と、循環水管１０３、１０５、循環水戻り管１０４、１０６との接続部の検査や修理を行う場合も、ユニット本体３０の左側面から全ての作業を行えるので、メンテナンス時の作業性も非常に高いという利点がある。

さらに、熱交換器室３３においては、ラジエータ４８とエンジン冷却水管１１１との接続部、および、室外熱交換器５１、５２と冷媒管１１２、１１３、１１４との接続部が、いずれもユニット本体３０の左側面を向く面に設けられているので、室外機４の製造時およびメンテナンス時の作業性が非常に高いという利点がある。

以上のように、本発明を適用した実施形態に係る空気調和システム１によれば、空気調和装置１０の室外機４が備える室外熱交換器５１、５２により、外部から供給される循環水と冷媒とが熱交換されるので、外気と冷媒とを熱交換させる構成のような排気ショートの懸念がない。このため、例えば密集地域の建物２００など、室外機４の周囲に広い空間を確保できない場所であっても、何ら問題なく集合設置できる。また、外気と冷媒とを熱交換させる構成のようなファンを備える必要がなく、小型化および低騒音化を容易に実現できる。加えて、適切な温度の循環水を供給することにより高い空調能力を発揮することが可能となる。さらに、室外機４の周囲の空気に冷媒の熱や冷熱による影響を与えないので、周囲の環境に対する影響を最小限に抑えることができる。
そして、上記の構成に対応して、室外機４の本体には、ガスエンジン４２および圧縮機４１を収容する機械室３２の横並びに、室外熱交換器５１、５２を収容した熱交換器室３３が設けられているので、外気と冷媒とを熱交換させる構成に比べて高さを大幅に抑えることができ、室外機４の輸送および設置作業の負担が大幅に軽減され、設置場所の自由度が高まるという利点がある。

また、循環水が循環水供給管６３から分岐した２本の循環水管１０３により各々の室外熱交換器５１、５２に並列に供給される一方、冷媒は、一方の室外熱交換器５１、５２を経由した後で冷媒管１１３を通って他方の室外熱交換器５１、５２に流入する。このように、冷媒が複数の室外熱交換器５１、５２を直列に流れ、循環水は並列に流れる構成とすることで、冷媒を確実に熱交換させることができ、どの室外熱交換器５１、５２にも冷媒と熱交換する前の循環水を供給することで、冷媒に十分な熱または冷熱を与えることが可能となり、大きな能力を発揮できる。

また、熱交換器室３３内において、室外熱交換器５１、５２およびラジエータ４８に循環水を各々流入させる供給口としての開口部が、いずれも同じ側（ユニット本体３０の左側面）に設けられているので、製造工程でラジエータ４８および室外熱交換器５１、５２に循環水を供給する管を接続する作業や、設置時および設置後のメンテナンス作業の負担を軽減し、作業効率を高めることができる。

加えて、室外機４においては、機械室３２の中央にガスエンジン４２を配置したので、室外機４本体における重量バランスが良好に保たれ、輸送時および設置時の安定性が高まる。さらに、ガスエンジン４２の熱交換器室３３側に冷媒が流れる冷媒回路部（レシーバタンク５３、アキュムレータ５４、四方弁５０等）を配置し、その反対側にガスエンジン４２の排気ガスを処理する排気ガス処理部（中和装置１６１、排気マフラー１６２、排気ガス熱交換器１６４等）を配置したので、圧縮機４１等から熱交換器室３３の室外熱交換器５１、５２まで効率よく冷媒配管を敷設できる。また、冷媒よりも相当高温になる排気ガス処理部を冷媒配管から遠ざけて配置することで、冷媒に余計な熱が与えられることがなく、特に冷房運転時における運転能力の低下を防止できる。
また、図４および図８に示すように、熱交換器室３３においては、ユニット本体３０の正面側にラジエータ４８が配置され、背面側に室外熱交換器５１、５２が配置されている。このように、ユニット本体３０の背面に突出する冷媒配管１１、１２を含めた冷媒配管を背面側に集めることで、冷媒配管を無駄なく敷設できるという利点がある。

なお、上記実施形態においては、空気調和装置１０の熱源側ユニットとして、屋外に設置される室外機４を例に挙げ、ガスエンジン４２の排気ガスを排気する排気トップ１６３を備えたものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、排気トップ１６３に代えて排気ダクトを連結することにより、室外機４を屋内設置することも可能である。また、上記実施形態において、空気調和装置１０の室内機７としては、壁掛け型、天井埋込型、天井吊下型の各種の空気調和装置を適用可能である。循環水供給管２０を介して１台の冷却塔２に接続される空気調和装置１０の数についても任意であり、その他、空気調和装置１０や空気調和システム１の細部構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。

本発明の実施形態に係る空気調和システムの設置状態の例を示す図である。 空気調和システムの概要構成を示す図である。 空気調和装置の構成を示す図である。 室外機の構成を詳細に示す正面図である。 室外機の構成を詳細に示す背面図である。 室外機の構成を詳細に示す右側面図である。 室外機の構成を詳細に示す左側面図である。 室外機の構成を詳細に示す斜視図である。 室外機の構成を詳細に示す斜視図である。 従来の空気調和システムの設置状態の例を示す図である。

符号の説明

１ 空気調和システム
２ 冷却塔（熱源水供給部）
４ 室外機（熱源側ユニット）
７ 室内機（利用側ユニット）
８ 制御装置
１０ 空気調和装置
１１、１２ 冷媒配管
１３ 通信線
２０ 循環水供給管
２１ ポンプ
２２ フローセンサ
２５ 循環水温センサ
２７ 凍結防止ヒータ
３０ ユニット本体
３０Ａ 本体枠
３０Ｂ 仕切枠
３２ 機械室
３３ 熱交換器室
３４ 配管室
４０ 電装ユニット
４０Ａ マイコン
４１ 圧縮機
４１Ａ、４１Ｂ 圧力センサ
４２ ガスエンジン（エンジン）
４３ クラッチ
４４ エンジン冷却水回路
４５ 冷却水ポンプ
４６、４７ 比例三方弁
４８ ラジエータ（エンジン排熱用熱交換器）
４９ 補助熱交換器
５０ 四方弁
５１、５２ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
５３ レシーバタンク
５４ アキュムレータ
５６ 膨張弁
６０ バイパス管
６１、６２ 弁
６３、６４ 循環水供給管
６８、６９ 水温センサ
７０ リモコン装置
７１ 室内熱交換器
８１ 制御装置用通信線
８２、８３、８４、８５ 信号線
１０１ 循環水入口（熱源水供給口）
１０２ 循環水出口（熱源水排出口）
１０３、１０５ 循環水管
１０４、１０６ 循環水戻り管
１５１ エンジン冷却水供給部
１５２ 冷却水ポンプ
１５３ エンジン冷却水タンク
１６１ 中和装置
１６２ 排気マフラー
１６３ 排気トップ
１６４ 排気ガス熱交換器
１７４ ガス供給口（燃料供給口）

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する空気調和装置の熱源側ユニットであって、
   外部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器を備え、
   前記エンジンおよび前記圧縮機を収容する機械室の横並びに、前記熱源側熱交換器を収容した熱交換器室が設けられた本体を有すること、
   を特徴とする熱源側ユニット。
2. 複数の前記熱源側熱交換器を備え、
   前記熱源水は分岐して各々の前記熱源側熱交換器に並列に供給される一方、前記冷媒は、一方の前記熱源側熱交換器を経由した後で他方の前記熱源側熱交換器に流入すること、
   を特徴とする請求項１記載の熱源側ユニット。
3. 前記熱交換器室の内部に、前記エンジンの冷却水と前記熱源水とを熱交換させるエンジン排熱用熱交換器を備え、
   前記熱源側熱交換器および前記エンジン排熱用熱交換器に前記熱源水を各々流入させる供給口が、いずれも同じ側に設けられていること、
   を特徴とする請求項１または２記載の熱源側ユニット。
4. 利用側ユニットとの間で冷媒を循環させるための冷媒配管と、前記エンジンが消費する燃料が供給される燃料供給口と、前記熱源水が供給される熱源水供給口と、前記熱源水を排出する熱源水排出口とのいずれもが、前記本体の同一の面に露出すること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱源側ユニット。
5. 前記機械室の中央にエンジンを配置するとともに、前記エンジンの前記熱交換器室側に前記冷媒が流れる冷媒回路部を配置し、その反対側に前記エンジンの排気ガスを処理する排気ガス処理部を配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱源側ユニット。
6. 冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する熱源側ユニットを備えた空気調和装置であって、
   前記熱源側ユニットは、
   外部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器を備え、
   前記エンジンおよび前記圧縮機を収容する機械室の横並びに、前記熱源側熱交換器を収容した熱交換器室が設けられた本体を有すること、
   を特徴とする空気調和装置。
7. エンジンにより圧縮機を駆動して冷媒を圧縮する熱源側ユニットを備えた複数の空気調和装置と、前記複数の空気調和装置に熱源水を供給する熱源水供給部と、を備え、
   前記空気調和装置の熱源側ユニットは、
   前記熱源水供給部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器を備え、
   前記エンジンおよび前記圧縮機を収容する機械室の横並びに、前記熱源側熱交換器を収容した熱交換器室が設けられた本体を有すること、
   を特徴とする空気調和システム。

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